一种合金钢渗碳催渗工艺
阅读说明：本技术 一种合金钢渗碳催渗工艺 (Carburizing and infiltration accelerating process for alloy steel ) 是由 陈国辉 梁楚鹏 余荣杰 焦国祥 曾亮 于 2020-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种合金钢渗碳催渗工艺,其包括以下步骤：将待加工的工件置于炉中,在升温排气后进入强渗催渗期,所述强渗催渗期的温度为910～930℃,所述强渗催渗期使用的催渗剂包括氯化稀土、氯化铵、石英砂三种组分混合；所述强渗催渗期完成后,进入扩散催渗期,所述扩散催渗期的温度为930～950℃。与现有技术相比,本发明采用氯化稀土、氯化铵、石英砂三种物质混合为催渗剂,并提高了扩散催渗期的温度,特别是使扩散催渗期的温度高于强渗催渗期的温度,使得整个的渗碳工艺的时间大大地缩短,明显地节约了能耗。(The invention discloses a carburizing and infiltration accelerating process for alloy steel, which comprises the following steps: placing a workpiece to be processed in a furnace, heating and exhausting, and then entering a strong infiltration accelerating infiltration period, wherein the temperature of the strong infiltration accelerating infiltration period is 910-930 ℃, and an accelerating infiltration agent used in the strong infiltration accelerating infiltration period comprises rare earth chloride, ammonium chloride and quartz sand which are mixed; and after the strong infiltration accelerating period is finished, entering a diffusion accelerating period, wherein the temperature of the diffusion accelerating period is 930-950 ℃. Compared with the prior art, the invention adopts the rare earth chloride, the ammonium chloride and the quartz sand as the energizer, improves the temperature in the diffusion and infiltration accelerating period, particularly ensures that the temperature in the diffusion and infiltration accelerating period is higher than that in the strong infiltration accelerating period, greatly shortens the time of the whole carburization process and obviously saves energy consumption.)
技术领域
本发明涉及金属材料处理技术领域，具体涉及一种合金钢渗碳催渗工艺。
背景技术
渗碳处理，是指为增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。渗碳处理的原理是：渗碳介质的分解产生活性碳原子；活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加；表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差，表面的碳遂向内部扩散。常规的渗碳工艺多为910～930℃进行强渗和扩散。其中，甲醇作为渗碳剂，强渗与扩散温度一致，渗碳的时间较长，能耗较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中渗碳工艺的时间长、能耗大的技术问题，提供一种合金钢渗碳催渗工艺，该工艺创新地使用有别于现有的渗碳剂，同时改进了强渗和扩散的温度，最终节约了渗碳整体的时间，从而节约能耗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种合金钢渗碳催渗工艺，其包括以下步骤：
将待加工的工件置于炉中，在升温排气后进入强渗催渗期，所述强渗催渗期的温度为910～930℃，所述强渗催渗期使用的催渗剂包括氯化稀土、氯化铵、石英砂三种组分混合；
所述强渗催渗期完成后，进入扩散催渗期，所述扩散催渗期的温度为930～950℃。
现有技术中，渗碳工艺通常认为强渗和扩散的温度控制一致，均在910-930℃，这样的渗碳工艺整体时间较长，长时间的高温处理能耗较大。本发明人通过研究发现，通过加入催渗剂，配合提高强渗催渗期的温度和扩散催渗期的温度，可以大幅度地降低渗碳工艺的整体时间，并且能够达到现有的长时间渗碳的有效渗碳深度。
进一步的，所述催渗剂中氯化稀土、氯化铵、石英砂三种组分按质量比计为2：1：2。
进一步的，所述氯化稀土包括氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铥、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化镱或氯化镥中的一种或两种以上混合。
进一步的，所述催渗剂置于炉底中。
进一步的，所述催渗剂平铺在钢制盒的底部，将铺有催渗剂的钢制盒置于炉底后，再将所述工件送入炉内。
进一步的，所述钢制盒的顶部设有通孔。
进一步的，所述工件的材质为20CrMnTi，所述强渗催渗期的时间为6小时，温度为930℃；所述扩散催渗期的时间为3小时，温度为950℃；所述工件的有效渗碳深度为1.6-1.8mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用氯化稀土、氯化铵、石英砂三种物质混合为催渗剂，并提高了扩散催渗期的温度，特别是使扩散催渗期的温度高于强渗催渗期的温度，使得整个的渗碳工艺的时间大大地缩短。经过试验证明，达到同样的有效渗碳深度的目标，本发明的渗碳工艺时间相比现有的渗碳工艺时间减少了35％以上，明显地节约了能耗。
附图说明
图1为本发明的一种合金钢渗碳催渗工艺图；
图2为本发明的一种合金钢渗碳催渗工艺中使用的钢制盒的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
请参照图1，本发明一种合金钢渗碳催渗工艺，其包括以下步骤：
步骤S1：将待加工的工件置于炉中，在升温排气后进入强渗催渗期，所述强渗催渗期的温度为910～930℃，所述强渗催渗期使用的催渗剂包括氯化稀土、氯化铵、石英砂三种组分混合；
步骤S2：所述强渗催渗期完成后，进入扩散催渗期，所述扩散催渗期的温度为930～950℃。
具体地，步骤S1中，强渗催渗期所使用的催渗剂中，氯化稀土、氯化铵、石英砂三种组分按质量比计为2：1：2。
示例性地，所述氯化稀土包括氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铥、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化镱或氯化镥中的一种或两种以上混合。
具体地，所述催渗剂置于炉底中。所述催渗剂可以用钢制盒包装后再送入炉底。请参照图2，图2显示了钢制盒的结构。所述钢制盒包括了盒体10和盒盖20。所述盒盖20设有多个通孔21。打开盒盖20后，将催渗剂平铺在盒体10的底部上，在盒体10内的底部形成一层催渗剂层，然后盖上盒盖20。将铺有催渗剂的钢制盒置于炉底后，再将所述工件入炉。
示例性地，当工件的材质为20CrMnTi，需要对工件进行渗碳处理以使得有效渗碳深度为1.6-1.8mm时，在强渗催渗期使用930℃的温度处理，时间为6小时；在扩散催渗期使用950℃的温度处理，时间为3小时，即可达到目标要求：工件的有效渗碳深度为1.6-1.8mm。
实施例1
对材质为20CrMnTi的合金钢进行渗碳催渗工艺，使得工件的有效渗碳深度为1.6-1.8mm。具体工艺处理过程如下:
先对炉体进行升温排气，升温排气的温度为800-850℃。
取氯化铈、氯化铵、石英砂三种物质按照质量比为2：1：2的比例混合，制成催渗剂。然后取催渗剂平铺在钢制盒的底部，以催渗剂能够在钢制盒的底部平铺成一层薄薄的催渗剂层为准。准备多个带有催渗剂的钢制盒备用。
取3-5个钢制盒均匀分布于炉体的底部，然后再将工件送入炉体中。然后升温进入强渗催渗期。当温度上升至930℃后，保温6小时。
接着，继续使炉体内升温，进入扩散催渗期，当温度上升至950℃后，保温3小时。
最后，降温冷却，然后取出工件，经检测，有效渗碳深度达到1.6-1.8mm，满足要求。
对比例1
对材质为20CrMnTi的合金钢进行渗碳处理，具体工艺处理过程如下:
先对炉体进行升温排气，升温排气的温度为800-850℃。
将合金钢工件放入渗碳炉内，并向渗碳炉内喷入液态的甲醇对该合金钢工件进行渗碳处理。渗碳温度为930℃，保温时间9小时。
接着，进入扩散阶段，扩散温度为930℃，保温5小时。
最后，降温冷却，然后取出工件，经检测，有效渗碳深度达到1.6-1.8mm，满足要求。当强渗的时间低于9小时时，有效渗碳深度无法达到1.6-1.8mm。当扩散的时间低于6小时时，有效渗碳深度无法达到1.6-1.8mm。
对比例2
对材质为20CrMnTi的合金钢进行渗碳处理，具体工艺处理过程如下:
先对炉体进行升温排气，升温排气的温度为800-850℃。
将合金钢工件放入渗碳炉内，并向渗碳炉内喷入液态的甲醇对该合金钢工件进行渗碳处理。渗碳温度为930℃，保温时间6小时。
接着，进入扩散阶段，扩散温度为930℃后，保温3小时。
最后，降温冷却，然后取出工件，经检测，有效渗碳深度达到1.2-1.4mm，满足要求。
由实施例1和对比例1、对比例2的结果可知：现有的渗碳工艺，总渗碳时间14小时才能够达到本申请的总渗碳时间9小时的有效渗碳深度1.6-1.8mm；现有的渗碳工艺如果总渗碳时间跟本申请的总渗时间同样为9小时时，现有的渗碳工艺处理后获得的有效渗碳深度仅为1.2-1.4mm，而本申请的渗碳催渗工艺处理后获得的有效渗碳深度为1.6-1.8mm。本申请的渗碳催渗工艺缩短了处理时间，节约能耗。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
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